基于加速磨耗试验的钢渣-橡胶沥青混合料抗滑性能

为研究钢渣-橡胶沥青混合料的抗滑性能,通过钢渣替换不同比例粗集料的形式,设计控制试验变量,制备AC-13钢渣-橡胶沥青混合料(AC-13 steel slag-rubber asphalt mixture,ASSAM),采用室内加速磨耗试验,研究了不同粗集料分维值的级配和不同钢渣掺量对ASSAM抗滑性能的影响;采用抗滑衰减率研究ASSAM的抗滑性能衰减程度;采用指数模型研究了ASSAM的抗滑衰变规律;基于抗滑性能研究结果推荐了ASSAM最佳钢渣掺量。结果表明:ASSAM短期抗滑性能和长期抗滑性能良好;减小级配粗集料分维值或增加钢渣掺量对其抗滑性能均有较好的提升作用,但减小级配粗集料分维值的作用更加显著;ASSAM的抗滑性能随钢渣掺量的增加而提高,结合其路用性能和体积安定性,推荐40%作为最佳的钢渣掺量。

不同钢渣掺量AC-16沥青混合料性能研究

研究将钢渣应用于道路建设中的可行性和钢渣沥青混合料性能特点,揭示混合料性能随钢渣掺量不同的变化规律。将钢渣0%、25%、50%、75%掺量代替石灰岩集料制备钢渣沥青混合料,采用高温单轴贯入试验、低温劈裂强度试验、冻融劈裂强度试验、间接拉伸疲劳试验,分别针对不同钢渣掺量下沥青混合料的高温性能、低温性能、水稳定性与疲劳性能展开相应研究。试验结果表明,钢渣各项性能指标均满足规范要求,可以作为集料制备沥青混合料,掺加钢渣后沥青混合料各项性能均有不同程度提高。随着钢渣掺量的提高沥青混合料各项性能变化规律不同,建议钢渣掺量控制在50%左右,以达到沥青混合料综合性能最优。

改性钢渣-沥青混合料的性能及机理

采用甲基硅酸钠溶液、二氧化硅胶体溶液、聚丙烯酸酯乳液对钢渣进行浸泡改性处理,通过性能测试、扫描电子显微镜(SEM)、声发射等测试方法研究了改性钢渣的物理、力学性能,改性钢渣-沥青混合料的性能,钢渣的改性机理和改性钢渣-沥青混合料的抗裂机理。结果表明,4.75~19 mm钢渣经1%~4%浓度溶剂改性后,物理性能得到明显改善;经3%浓度溶剂改性后的钢渣制备的改性钢渣-沥青混合料的体积稳定性较未改性钢渣-沥青混合料(RSAM)提高了27.92%~39.09%;改性钢渣表面包裹着不同状态的不溶于水的改性保护层,经二氧化硅改性后的钢渣(SMS)表面呈现出致密的层状结构且保持表面粗糙,改性效果最优;二氧化硅改性钢渣-沥青混合料(SMSAM)的裂纹宽度减小,主裂纹出现的时间较晚,SMS对SMSAM的断裂破坏起到了一定的减缓作用,提高了混合料的抗开裂性能。

基于灰靶决策模型的改性钢渣-沥青混合料路用性能评价

针对钢渣体积稳定性差、钢渣-沥青混合料道路过早开裂的问题,采用二氧化硅胶体溶液对钢渣进行浸泡改性处理,通过力学性能测试、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)检测、路用性能测试等方法研究了改性钢渣的物理力学性能、改性钢渣-沥青混合料的性能和钢渣的改性机理,并引入灰靶理论决策方法,综合改性钢渣-沥青混合料的各项性能指标,确定钢渣的最佳改性方案。结果表明:钢渣改性后,物理力学性能明显提高;钢渣的改性浓度越大,沥青混合料的高温性能越佳;延长钢渣的改性时间,沥青混合料的低温抗裂性能提高;且钢渣改性之后,沥青混合料的水稳定性能显著提高。基于灰靶决策理论,最终确定钢渣的最佳改性方案是在改性浓度(溶液质量分数)为3%的溶液下浸泡24 h。

橡胶改性沥青与SBS改性沥青对钢渣沥青混合料路用性能的影响对比

通过对比橡胶改性沥青与SBS改性沥青作为钢渣沥青混合料的胶结材料的性能差异,分析了不同改性沥青对钢渣沥青混合料路用性能的影响。实验采用沥青基础性能实验、车辙试验、马歇尔试验、冻融劈裂试验、肯塔堡浸水飞散实验、低温弯曲试验和体积安定性试验等方法,全面评估了两种改性沥青钢渣混合料的性能。结果显示,橡胶改性沥青钢渣混合料在低温抗裂性、高温稳定性、水稳定性和体积安定性方面相较于传统SBS改性沥青混合料有显著改善,且减少了沥青用量。同时,橡胶改性沥青混合料在提高钢渣路面疲劳寿命方面也表现出较好效果。

掺钢渣SMA-13沥青混合料配合比设计与路用性能评价

为探索钢渣在河西戈壁地区高速公路沥青路面功能性修复中的应用,本文开展了掺钢渣SMA-13沥青混合料配合比设计与路用性能对比试验,试验结果表明:当用钢渣替代同规格天然集料(总掺量为30%),颗粒木质纤维掺量为0.4%时,钢渣集料最佳油石比为6.2%;掺30%钢渣的集料与天然集料SMA-13相比,油石比增加0.2%,颗粒木质纤维掺量增加0.1%,沥青混合料析漏与飞散损失分别降低55%、30.3%,动稳定度增加18.2%,浸水残留稳定度增加2.5%,冻融劈裂强度比增加1.4%,路面芯样15℃劈裂强度增加9.4%,路面构造深度增加5.4%;沥青集料中掺加钢渣后,其功能性修复罩面的路用性能得到了全面改善。

铁尾矿-钢渣沥青混合料配合比设计及路用性能研究

采用铁尾矿和钢渣粗集料替代天然粗集料制备铁尾矿-钢渣沥青混合料,并对混合料高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和长期体积变形等性能进行试验研究。结果表明:钢渣和铁尾矿混掺作为骨架集料相较于二者分别单一作为骨架集料掺入能够提升混合料的高、低温性能及水稳定性;粗骨架集料铁尾矿石和中粗骨架集料钢渣相互协同作用可以有效降低钢渣不安定性引起的沥青混合料膨胀变形,从而提高混合料的体积稳定性。

SMA-13钢渣沥青混合料配合比设计及工程应用

为进一步提高钢渣在道路工程中的资源化应用水平,采用体积替换法设计了5种钢渣掺量的SMA-13沥青混合料,对其体积稳定性、高低温性能及水稳定性进行了研究,并铺筑试验路进行了验证。结果表明,钢渣具有高强、耐磨等优点,掺入适量钢渣可改善混合料的高、低温性能及水稳定性;钢渣沥青混合料的生产、运输及压实等过程需在原有工艺基础上进行调整,铺筑试验段的渗水、抗滑及高温稳定性等性能指标良好。

粗、细钢渣集料对AC-13型沥青混合料性能的影响

将粗、细钢渣集料分别以体积法取代玄武岩制备了钢渣沥青混合料,并研究了其体积稳定性、高低温性能及水稳定性,并与全玄武岩沥青混合料进行了对比,结果表明:粗、细钢渣集料均会降低沥青混合料的体积稳定性,尤其是钢渣细集料;粗钢渣集料对沥青混合料的各项路用性能均存在不同程度的提升作用;细钢渣集料可改善混合料的低温性能,而对高温性能和水稳定性会产生不利影响,在取代水平为80%时,高温车辙深度可达2.235 mm,冻融劈裂TSR值低于80%,工程应用时其取代水平应小于40%。

导电作用下碳纳米管-碳纤维沥青混合料的自愈合研究

针对沥青路面因车辆荷载、温度荷载等带来的裂缝扩展问题,采用碳纳米管-碳纤维制备导电沥青混合料,进行电-热愈合试验,分析沥青混合料裂缝愈合前后的电阻率值、断裂能、极限承载力和微观结构,研究导电作用下碳纳米管-碳纤维沥青混合料的自愈合水平。结果表明,碳纳米管掺量在0.5%,1.0%时可以显著提高沥青混合料的自愈合能力;导电沥青混合料的自愈合水平与愈合前、后电阻率比值存在Sine函数关系;在50℃、20 min环境下小梁试件的极限承载力和断裂应变能得到最大限度的恢复。

基于三维随机集料的钢渣沥青混合料微波加热和冷却过程温度模拟

为研究钢渣透水沥青混合料在微波加热和冷却过程中的温度分布以及不同材料之间的传热机理,采用钢渣集料部分替换玄武岩粗集料(4.75~9.50 mm、9.50~13.20 mm),基于三维随机集料构建沥青混合料试件的细观模型,分别模拟了普通玄武岩集料试件(PAC-B)、普通钢渣粗集料试件(PAC-US)及改性钢渣粗集料试件(PAC-MS)3种沥青混合料在连续微波加热和冷却过程的温度分布,并将数值模拟结果与室内试验相互验证。结果表明:无论是加热过程还是冷却过程,沥青砂浆的表面温度分布区域与集料表面温度分布区域均一致,且集料表面的最高温度要大于沥青砂浆的表面最高温度,说明集料吸波能力强于沥青砂浆。在冷却过程中,集料向沥青砂浆传导热量,二者之间温差不断减小。对于同一种试件,集料(2.36~4.75 mm、4.75~9.50 mm、9.50~13.20 mm)粒径在4.75~9.50 mm范围内的体积平均温度最高。加热和冷却过程中,2种钢渣集料试件PAC-US、PAC-MS温度均高于PAC-B。将非均质数值模拟结果与室内试验结果对比,二者吻合度较好,用非均质模型模拟微波加热与冷却过程温度具有可行性。

钢渣骨料多孔结构对沥青混合料低温抗裂性能的影响机制

钢渣骨料的多孔结构对沥青混合料低温抗裂性能影响的宏细观机制尚不掌握,不利于钢渣骨料沥青路面长期性能的有效保持。针对此不足,基于室内低温弯曲试验,构建了可表征钢渣骨料多孔结构的沥青混合料小梁试样精细化离散元模型,进而开展了不同的钢渣孔隙率和开口孔隙沥青填充度下的虚拟低温弯曲试验,量化分析了钢渣多孔结构对试样整体强度和细观断裂性能的影响规律及机制。试验研究结果表明:多孔钢渣骨料仅可替代粒径大于2.36 mm的粗骨料,控制钢渣加热温度并延长湿拌时间可确保沥青胶浆充分填充钢渣骨料表面孔隙;离散元数值模拟结果表明钢渣骨料表面开口孔隙附近出现应力集中,裂缝贯通钢渣开口孔隙;钢渣骨料表面孔隙率越高,则峰值应力越低,裂缝越易从开口孔隙处发育;峰值应力随钢渣骨料表面开口孔隙沥青胶浆填充度的降低而显著降低;钢渣骨料表面孔隙对沥青胶浆的吸收作用会显著影响裂缝萌生路径及混合料的低温抗裂性能,裂缝易在钢渣孔洞附近萌生,且开口孔隙无沥青填充时此裂缝扩展特征更明显;钢渣骨料表面孔隙可增强沥青-钢渣界面的黏结性能,但开口孔隙过大会导致应力集中且易萌生裂缝。在实际工程中建议控制大孔隙钢渣骨料含量,并确保沥青砂浆充分填充钢渣骨料表面孔隙,以提高其低温抗裂性能。

乙酸改性对钢渣沥青混合料性能影响及微观机理

本研究旨在探究乙酸改性对钢渣及其沥青混合料性能的影响,并分析其微观改性机制。通过使用不同浓度的乙酸溶液(5%,10%和15%)对钢渣进行处理,对比了改性后的钢渣、未改性钢渣以及玄武岩的宏微观特性。在微观层面,利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线荧光光谱(XRF)技术,揭示了改性钢渣的化学成分及其微观结构的变化;而在宏观层面,重点评估了钢渣沥青混合料的路用性能和体积膨胀性。研究结果表明,乙酸改性能有效去除钢渣表面的膨胀性物质(f-CaO和f-MgO),同时生成的醋酸钙白色粉末有助于改善混合料的级配。乙酸浓度为5%和10%时,不能充分反应完钢渣表面物质。乙酸浓度为15%时,改性后钢渣与沥青之间仍保持良好的粘附性,钢渣沥青混合料的体积膨胀率降至0.3%,相比于未改性钢渣高温、水稳及疲劳特性得到了显著提升。

碳化钢渣对沥青混合料高温稳定性的影响研究

为了研究碳化钢渣对沥青混合料高温稳定性的影响,对粒径为5~10 mm与3~5 mm的钢渣粗集料进行碳化,与以未碳化钢渣制备的AC-10钢渣沥青混合料进行膨胀性与路用性能对比。研究结果表明:当碳化时间达到6 h,2档钢渣集料的f-CaO含量均低于3.0%,最大降幅达到了51.4%,并且碳化钢渣集料从光滑的界面向复杂致密的界面演变。碳化钢渣提高了钢渣混合料和钢渣沥青混合料的高温稳定性。基于综合性能判断,建议将6 h设置为最佳碳化时间。

掺钢渣沥青混合料体积膨胀性研究

钢渣作为中国存量较大的工业固体废弃物,目前对其利用率仅为30%,限制钢渣大规模资源化利用的主要原因在于钢渣所含的非稳定性物质在富水条件下易发生水化反应,造成钢渣体积膨胀。通过采用直线位移传感器(linear variable displacement transducer, LVDT)测试法对掺钢渣沥青混合料小梁试件膨胀率进行测定,探究钢渣掺配比例、混合料油石比以及掺入钢渣粒径对混合料膨胀率大小的影响。结果表明:混合料中钢渣掺入不超过50%,混合料实际油石比在最佳油石比基础上提高1.5%,且使用大粒径钢渣,能更有效控制混合料膨胀率。此外,钢渣中的活性物质不断进行水化反应,将导致局部膨胀和集料剥落等损害发生。

钢渣磨细粉对沥青胶浆及混合料性能的影响

为探究钢渣磨细粉(SSFP)对沥青胶浆及其混合料性能的影响,使用粒径小于5 mm的钢渣制备SSFP。以石灰岩矿粉(LP)作为对照,对不同粉胶比(F/A)下SSFP沥青胶浆的性能进行了分析和评价,并探究了SSFP对沥青混合料性能的影响。结果表明:相较于LP,SSFP对沥青胶浆及混合料的高、低温及疲劳性能均有所提升,其中低温性能提升幅度最大,SSFP沥青胶浆的蠕变劲度模量提升了190.57%,SSFP沥青混合料的低温弯曲破坏应变提升了9.93%;增大F/A可提升沥青胶浆的高温性能,但会损伤其疲劳性能和低温性能;SSFP应用于沥青混合料中具备较强的可行性和推广价值。

冷拌冷铺橡胶沥青混合料路用性能与碳排放研究

基于室内试验和实体工程对冷拌冷铺橡胶沥青混合料进行研究。结果表明,冷拌橡胶沥青混合料马歇尔稳定度、车辙动稳定度大于热拌密级配沥青碎石,但残留稳定度略低于热拌混合料,其高温、水稳性满足高速公路中、下面层技术要求。此外,冷拌橡胶沥青碎石施工总碳排放为2970.77kg/(1000m^(2)),主要为运输和摊铺碾压阶段所致,占总排放的47.1%、51.9%;热拌沥青碎石总碳排放为6151.80kg/(1000m^(2)),主要来自于碎石和沥青加热,运输、摊铺及碾压机械消耗燃油。热拌混合料碳排放约为冷拌混合料的2倍,说明冷拌橡胶沥青混合料可大大减少碳排放。

钢渣再生沥青混合料路用性能及抗滑性能研究

沥青路面回收料(reclaimed asphalt pavement,RAP)的再利用可以减少天然集料的消耗、降低环境污染,但高RAP掺量的再生沥青混合料(recycled asphalt mixture,RAM)存在着路用性能不足的问题,需要提高RAP的利用效果和质量。文中采用RAP和钢渣集料取代天然集料,以环氧沥青作为胶结料,制备钢渣RAM。设计不同RAP掺量的RAM,在最佳油石比条件下,对RAM的体积性能、力学性能、抗水损害性能、高温抗车辙性能及抗滑性能进行研究。对比研究不同RAP掺量、不同固化温度及时间下,RAM的路用性能变化规律。结果表明,钢渣集料和环氧沥青胶结料有利于提高RAM的力学性能、抗水损害性能,并显著提高抗车辙性能。在120℃下保温5 d后,RAM-40比RAM-100的马歇尔稳定度高30.2%,3种RAM的动稳定度均超过8000次/mm。

钢渣集料-沥青界面的水稳定性

为研究水长期作用对钢渣集料-沥青界面行为特性影响及相关机理,采用原子力显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜以及浸水马歇尔试验、车辙试验等从宏、微观角度进行分析。研究结果表明:水长期侵蚀改变了钢渣表面化学特性,使得钢渣表面粗糙度、表面积及黏附力增大;相比石灰岩沥青混合料,钢渣沥青混合料的残留稳定度和动稳定度具有可成长性,但热闷钢渣和冷弃陈渣膨胀性不同,冷弃陈渣沥青混合料膨胀量大于热闷钢渣沥青混合料,在应用过程中应注意区别对待;冷弃陈渣集料中f-CaO消解速度慢,造成试件后期体积膨胀过大,加剧了试件表面微裂缝产生,致使冷弃陈渣沥青混合料冻融劈裂强度后期较差。

钢渣沥青混合料微波加热融冰性能研究

制备了钢渣掺量分别为0、50%、75%、100%的沥青混合料试件,进行沥青混合料的微波加热试验,研究沥青混合料的微波加热性能;并基于COMSOL模拟微波加热沥青混合料的融冰性能。结果表明:不同钢渣掺量沥青混合料的升温速率提高范围在30%~50%内,钢渣掺量100%的沥青混合料的微波加热均匀性最好,钢渣掺量50%的沥青混合料冰表面温度上升速率是未掺钢渣混合料的1.44倍,钢渣的掺入提高了微波加热沥青混合料的升温速率、最终温度、均匀性和融冰性能。